Emissione di Compton inverso e applicazioni astrofisiche

Quando un fotone collide con un elettrone si ha un effetto di scattering. A seconda dell’energia del fotone e dell’elettrone prima dell’urto, si possono verificare tre fenomeni: il fotone cambia direzione ma non energia, il fotone cede energia all’elettrone oppure il fotone acquista energia dall’elettrone. In questo elaborato si vuole analizzare brevemente l’ultimo caso, ovvero quello in cui il fotone acquista energia dall’elettrone. Il fenomeno prende il nome di Compton inverso (poiché l’effetto Compton normale è, appunto, quello in cui il fotone cede energia all’elettrone) e si verifica quando l’energia del fotone prima dell’urto è molto più bassa dell’energia cinetica dell’elettrone cioè quando quest’ultimo è in regime relativistico. Tale fenomeno è il più rilevante in campo astrofisico perché è strettamente legato con sorgenti di elettroni (ultra)relativistici, come radiosorgenti che emettono per sincrotrone, e con campi di radiazioni a basse energie come la CMB e vedremo che questo processo di emissione può, in certi casi modificare significativamente uno spettro in emissione. Come primo passo si andrà quindi ad analizzare la singola collisione e l’energia che il fotone acquista e poi il fenomeno collettivo quindi la potenza emessa da una regione di elettroni relativistici interagenti con un campo di radiazioni a basse energie. Con questi risultati si darà uno sguardo al Syncrothron Self Compton, il processo per il quale gli stessi fotoni emessi per sincrotrone fanno Compton inverso con gli elettroni della radiosorgente e come questo possa velocemente risultare in una reazione a catena (catastrofe Compton), e la comptonizzazione quindi come l’effetto Compton inverso possa modificare uno spettro in emissione, in particolare quello della radiazione cosmica di fondo ovvero l’effetto Sunyaev-Zeldovich.